《基因組生物學》—夏慶友小組—家蠶基因表達研究

日前，國際生物學權威期刊《基因組生物學》在線發表了西南大學蠶學與系統生物學研究所夏慶友教授領銜的課題組關于利用家蠶全基因組芯片分析家蠶多種組織基因表達特征的最新研究成果。
 
家蠶是重要的經濟昆蟲，既能用于蠶絲的生產、也能作為生物反應器生產外源蛋白；同時，家蠶也是鱗翅目昆蟲生化、分子遺傳以及基因組研究的模式生物。2003年，夏教授所在的團隊與中國科學院北京基因組研究所合作完成了家蠶全基因組的測序工作，構建了世界上第一張家蠶基因組框架圖，2004年12月出版的《科學》期刊上發表了相關成果。家蠶全基因組序列的完成，為家蠶功能基因組研究及其重要經濟性狀的分子改良奠定了基礎。
 
家蠶功能基因組研究的重要內容之一就是大規模地分析功能基因的表達特征，分離鑒定與家蠶重要經濟性狀形成相關的靶基因。為此，夏教授領導的研究小組開展了家蠶全基因組芯片的研制，并利用該芯片進行了家蠶不同組織表達譜的分析研究。
 
研究組基于家蠶全基因組數據，設計制作了世界上第一張覆蓋家蠶全基因組的oligo基因芯片，共包含22987條代表家蠶編碼基因的特異性探針。家蠶全基因組芯片的成功研制成為中國2006年十大科技新聞之一。
 
利用家蠶全基因組芯片，研究組首先對家蠶5齡第三天不同組織的基因表達特征進行了分析。家蠶是全變態昆蟲，包括卵、幼蟲、蛹、成蟲四個發育階段。5齡第三天是家蠶發育的重要階段，物質消化代謝旺盛，絲蛋白大量合成，絲腺快速增大，個體體重迅速增加。本研究主要分析了此階段雌雄不同個體前中部絲腺、后部絲腺、生殖腺（精巢和卵巢）、中腸、脂肪體、體壁、馬氏管、血液、頭等組織器官的基因表達譜。研究發現：在所調查的9個組織器官中，共有10393個基因在表達；其中，7700個基因具有組織表達差異，1642個基因具有組織表達特異性。這些基因的鑒定有助于分析不同組織的功能。
 
該研究重點分析了家蠶組織基因表達的性別偏向性以及絲腺、中腸的基因表達與其組織功能的關系。分析發現，生殖腺、馬氏管、體壁、頭等組織的基因表達具有明顯的性別差異。絲腺是絲蛋白合成的場所，其不同部位具有不同的功能。研究組分析了絲腺前中部和后部的表達差異。在前中部上調表達的基因中，蛋白酶抑制劑可以保護絲蛋白不被蛋白酶降解；后部絲腺特異表達的bHLH作為一個特異轉錄因子，可能與家蠶絲腺細胞在幼蟲末期的快速增殖調節緊密相關，這為闡明家蠶絲腺生長的分子機制提供了重要線索。中腸特異表達的基因中，大部分基因參與營養物質的消化與吸收，部分基因則與家蠶的防御調節相關。另外，研究還比較了家蠶與果蠅同源組織轉錄組的差異，結果發現：盡管家蠶絲腺與果蠅唾液腺是同源組織，但基因表達差異顯著，表明兩組織功能分化明顯；盡管家蠶和果蠅中腸特異表達基因的功能相似，但基因的種類差異較大，暗示了兩昆蟲食性上的差異。這些發現為我們全面認識家蠶各組織功能、鑒定調控家蠶重要經濟性狀的功能基因奠定了基礎。
 
該研究由西南大學蠶學與系統生物學研究所暨西南大學農業部蠶學重點實驗室、蠶學與基因組學教育部重點實驗室、生物芯片北京國家工程研究中心共同完成，全部工作均在國內完成。此項研究得到國家973計劃、863計劃和國家自然科學基金重點項目資助。